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边坡支护技术
2013-10-18
边坡支护技术。
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  近年来,全国工程建设突飞猛进,高层建筑如雨后春笋般迅速发展。随着建筑的高度不断增高,基础相应加深,基坑开挖边坡支护安全已成为高层建筑施工时不可忽视的重要环节,应予以高度重视。在大量的工程实践过程中,大都存在对边坡工程病害特征和性质认识不清,治理工程措施不力等诸多问题,常常会造成边坡工程变形和破坏,或因治理方案过于保守,造成不必要的浪费。为了满足安全可靠和经济合理双重目标,对高边坡病害特征的深入分析和对其治理工程方案的慎重选择显得十分重要。本文介绍了几种常用的边坡支护结构型式—重力式挡墙、扶壁式挡墙、悬臂式支护、锚喷支护、坡率法,分析其优缺点,以便于合理采取支护措施。

1  绪论

    边坡支护是指为保证边坡及其环境的安全,对边坡采取的支挡、加固与防护措施。边坡支护应考虑施工周期,遭遇降雨、周边堆载、振动等诸多不利影响。

    常用的支护结构型式有:

  1、重力式挡墙;

  2、扶壁式挡墙;

  3、悬臂式支护;

  4、板肋式或格构式锚杆挡墙支护;

  5、排桩式锚杆挡墙支护;

  6、锚喷支护;

  7、坡率法。

2  重力式挡土墙

2.1 重力式挡土墙的定义

    重力式挡土墙,指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体,或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成,一般都做成简单的梯形。

2.2 重力式挡土墙的优点与缺点

    重力式挡土墙优点是就地取材,施工方便,经济效果好,在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。缺点是由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定,因此,体积、重量都大,在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高,它耗费材料多,也不经济。

2.3 重力式挡土墙的类型划分

    重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。按土压力理论,仰斜墙背的主动土压力最小,而俯斜墙背的主动土压力最大,垂直墙背位于两者之间。

2.4 重力式挡土墙构造

    重力式挡土墙的尺寸随墙型和墙高而变。重力式挡土墙墙面胸坡和墙背的背坡一般选用1:0.2~1:0.3,仰斜墙背坡度愈缓,土压力愈小。但为避免施工困难及本身的稳定,墙背坡不小于1:0.25,墙面尽量与墙背平行。对于垂直墙,如地面坡度较陡时,墙面坡度可有1:0.05~1:0.2,对于中、高挡土墙,地形平坦时,墙面坡度可较缓,但不宜缓于1:0.4。

  采用混凝土块和石砌体的挡土墙,墙顶宽不宜小于0.4m;整体灌注的混凝土挡土墙,墙顶宽不应小于0.2m;钢筋混凝土挡土墙,墙顶不应小于0.2m。通常顶宽约为H/12,而墙底宽约为(0.5~0.7)H,应根据计算最后决定墙底宽。

  当墙身高度超过一定限度时,基底压应力往往是控制截面尺寸的重要因素。为了使地基压应力不超过地基承载力,可在墙底加设墙趾台阶。加设墙趾台阶时挡土墙抗倾覆稳定也有利。墙趾的高度与宽度比,应按圬工(砌体)的刚性角确定,要求墙趾台阶连线与竖直线之间的夹角θ(图6—3),对于石砌圬工不大于35°,对于混凝土圬工不大于45°。一般墙趾的宽度不大于墙高的二十分之一,也不应小于0.1m。墙趾高应按刚性角定,但不宜小于0.4m。

    墙体材料:挡土墙墙身及基础,采用混凝土不低于C15,采用砌石、石料的抗压强度一般不小于MU30,寒冷及地震区,石料的重度不小于20kN/m3,经25次冻融循环,应无明显破损。挡土墙高小于6m砂浆采用M5;超过6m高时宜采用M7.5,在寒冷及地震地区应选用M10。

2.5 重力式挡土墙设计

    挡土墙在墙后填土土压力作用下,必须具有足够的整体稳定性和结构的强度。设计时应验算挡土墙在荷载作用下,沿基底的滑动稳定性,绕墙趾转动的倾覆稳定性和地基的承载力。当基底下存在软弱土层时,应当验算该土层的滑动稳定性。在地基承载力较小时,应考虑采用工程措施,以保证挡土墙的稳定性。

3  扶壁式挡土墙

3.1扶壁式挡土墙的定义

    扶壁式挡土墙指的是沿悬臂式挡土墙的立臂,每隔一定距离加一道扶壁,将立壁与踵板连接起来的挡土墙。

3.2扶壁式挡土墙的优点与缺点

    扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙,其主要特点是构造简单、施工方便,墙身断面较小,自身质量轻,可以较好的发挥材料的强度性能,能适应承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤,以减少土石方工程量和占地面积。扶壁式挡土墙,断面尺寸较小,踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移,竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力,相对悬臂式挡土墙受力好。适用6~12m高的填方边坡,可有效地防止填方边坡的滑动。

  扶壁式挡土墙是路肩挡土墙的一种,是将预制的挡墙板焊接在预埋于基础混凝土中的钢板上,然后在其内倒填土的一种挡墙形式与其它几种形式的挡墙比较,扶壁式挡土墙具有节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点,是城市公路工程立交桥引道中常用的一种挡墙形式。

  扶壁式挡土墙由墙面板(立壁)、墙趾板、墙踵板及扶肋(扶壁)组成。扶肋把立壁同墙踵板连接起来,起加劲的作用,以改善立壁和墙踵板的受力条件,提高结构的刚度和整体性,减小立壁的变形。

  它适用于缺乏石料的地区。由于墙踵板的施工条件,一般用于填方路段做路肩墙或路堤墙使用。悬臂式挡土墙高度不宜大于6m,当墙高大于4m时,宜在墙面板前加肋。扶壁式挡土墙宜整体灌注,也可采用拼装,但拼装式扶壁挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于八度的地区使用。扶壁式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证的,而且墙趾板的设置也显著地增大了挡土墙的抗倾覆稳定性并大大减小了基底接触应力。

    它的主要特点是构造简单、施工方便,墙身断面较小,自身质量轻,可以较好地发挥材料的强度性能,能适应承载力较低的地基。但是需耗用一定数量的钢材和水泥,特别是墙高较大时,钢材用量急剧增加,影响其经济性能。

3.3扶壁式挡土墙的施工工艺

  1 施工准备

  施工前对挡土墙下CFG桩的桩头进行截除,截除后的桩顶标高应符合设计要求,清理桩头并报检测单位进行检测。检测合格后,先将0.2m厚的碎石褥垫层夯实整平后,再浇筑0.1m厚的C15素混凝土垫层,为扶壁式挡墙的基础施工提供作业面。

  2 测量放线

  根据施工图划分施工段,测定挡土墙墙趾处路基中心线及基础主轴线、墙顶轴线、挡土墙起讫点和横断面,注明高程及开挖深度。每根轴线均应在基线两端延长线上设4个桩点,并分别以混凝土包封保护;放测桩位时,应测定中心桩及挡土墙的基础地面高程,临时水准点应设置在施工干扰区域之外,测量结果应符合精度要求并与相邻路段水准点相闭合。

  3 基础施工

  测量放线确定基础尺寸后进行钢筋绑扎、立模,同时预埋墙面板钢筋和扶壁钢筋。基础钢筋的绑扎要注意钢筋的保护层厚度,垫块采用和基础同强度的混凝土垫块,以保证混凝土的质量。挡土墙基础的施工可以按三个标准单元节同时浇筑混凝土,为挡墙的墙面板施工提供较多的作业面。混凝土由罐车从集中拌合站运至现场,经泵送料入模,采用插入式振捣棒振捣,不得过振及漏振。

  4 墙面板和扶壁施工

  首先绑扎墙面板钢筋和扶壁钢筋,钢筋安装完经监理检查合格后,开始灌模,施工中需特别注意模板的垂直度和平整度。在钢筋混凝土与模板间设置垫块,垫块与钢筋扎紧,垫块应采用细石混凝土制作,保证垫块的强度与混凝土结构的强度相同。垫块的安装应该保证钢筋的保护层厚度符合设计要求,同时要保证4个/m2。在混凝土施工过程中要经常检查垫块的位置是否准确。

  5 泄水孔施工

  泄水孔按梅花形交错布置,间隔2m~3m,采用<50mmPVC管,并用透水土工布包裹PVC管,泄水孔的横坡为4%,在安装时,可通过钢筋对PVC管进行固定,对于墙面板方向的泄水孔,要使PVC管与正面模板接触紧密,PVC管的端面要形成相应的斜面,保证在浇筑混凝土的过程中PVC管周围不会漏浆,使面板光滑、平整。

  6 混凝土养护

  混凝土灌注完毕后,安排专人在初凝前进行混凝土收面,待混凝土终凝前再进行一次收面压光处理,然后再覆盖土工布进行洒水保湿养生。当气候炎热时或有风时,2h~3h后即可浇水以维持充分的润湿状态。在潮湿气候条件下,空气相对湿度大于60%时,使用普通水泥时,湿润养护时间不少于7d。

  7 模板拆除

  模板的拆除期限应根据结构物特点、模板部位和混凝土所达到的强度来决定。墙面板和扶壁的侧模板属非承重模板,应在混凝土强度能保证其表面及棱角不受损伤时才能拆除,一般应在混凝土抗压强度达到2.5MPa时方可拆除侧模板。

  8 墙背填土

墙背回填应该在挡土墙混凝土的强度达到设计强度的70%才能够进行填土。

4  悬臂式挡土墙

4.1悬臂式挡土墙的定义

    悬臂式挡土墙指的是由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成的挡土墙。面坡常用1:0.02~1:0.05,背坡可直立。顶宽>0.15m,路肩墙>0.2m,踵板采用等厚,趾板端部厚度可减薄,但不小于0.30m。

4.2悬臂式挡土墙的优点与缺点

    悬臂式挡土墙构造简单,施工方便,能适应较松软的地基,墙高一般在6m-9m之间。当墙高较大时,立壁下部的弯矩较大,钢筋与混凝土的用量剧增,影响这种结构形式的经济效果,此时采用扶壁式挡土墙。

4.3悬臂式挡土墙的构造

    悬臂式挡土墙是由立板和底板两部分组成。为便于施工,立板内侧(即墙背)做成竖直面,外侧(即墙面)可做成1:0.02~1:0.05的斜坡,具体坡度值将根据立板的强度和刚度要求确定。当挡土墙墙高不大时,立板可做成等厚度。墙顶的最小厚度通常采用20~25cm。当墙高较高时,宜在立板下部将截面加厚。

    墙底板一般水平设置。通常做成变厚度,底面水平,顶面则自与立板连接处向两侧倾斜。

  墙底板是由墙踵板和墙趾板两部分组成。墙踵板顶面倾斜,底面水平,其长度由全墙抗滑稳定验算确定,并具有一定的刚度。靠立板处厚度一般取为墙高的1/12~1/10,且不应小于20-30cm。

  墙趾板的长度应根据全墙的倾覆稳定、基底应力(即地基承载力)和偏心距等条件来确定,一般可取为0.15~0.3B,其厚度与墙踵相同。通常底板的宽度月由墙的整体稳定来决定,一般可取墙高度H的0.6~0.8倍。当墙后为地下水位较高,且地基承载力很小的软弱地基时,月值可能会增大到1倍墙高或者更大。

    为提高挡土墙抗滑稳定的能力,底板设置凸榫。为使凸榫前的土体产生最大的被动土压力,墙后的主动土压力不因设凸榫而增大,凸榫应设在正确位置上。

4.4悬臂式挡土墙的设计

    悬臂式挡土墙设计,分为墙身截面尺寸拟定及钢筋混凝土结构设计两部分。

  确定墙身的断面尺寸,是通过试算法进行的。其作法是先拟定截面的试算尺寸,计算作用其上的土压力,通过全部稳定验算来确定墙踵板和墙趾板的长度。

  钢筋混凝土结构设计,则是对已确定的墙身截面尺寸,进行内力计算和设计钢筋。在配筋设计时,可能会调整截面尺寸,特别是墙身的厚度。一般情况下这种墙身厚度的调整对整体稳定影响不大,可不再进行全墙的稳定验算。

5  锚喷支护

5.1锚喷支护的定义

    由锚杆和喷射混凝土面板组成的支护。60年代以来,已被广泛采用。锚杆和喷射混凝土与围岩共同形成一个承载结构,可有效地限制围岩变形的自由发展,调整围岩的应力分布,防止岩体松散坠落。它可用作施工过程中的临时支护,在有些情况下,也可以不必再做永久支护或衬砌。

5.2锚喷支护的形式

    根据围岩的地质条件,可以选用各种支护形式:①单独采用锚杆,一般只用于局部;②单独采用喷射混凝土,有时也只用于局部;③锚杆结合喷射混凝土,多用于地下洞室的顶拱和边墙;④锚杆和喷射混凝土,加设单层或双层钢筋网,可提高喷层抗拉强度和抗裂能力,从而提高支护能力;⑤锚喷加金属网,并在喷层内加设工字钢等型钢作成的肋形支撑。

    上述各种形式的锚喷支护,所采用的锚杆根数、深度、间距,喷层的厚度以及金属网和肋形支撑的尺寸等,均要根据实际情况确定。为搞好支护还需要进行围岩变位和变形等现场量测工作。锚喷支护常紧跟开挖掘进,平行作业,特别是在隧洞或地下厂房施工中采用分部开挖的方式时,可随着开挖断面的扩大,边挖边喷,直至全断面完成。

5.3锚喷支护的施工工艺

    材料试验—测量放线—钻锚杆孔—锚杆孔检查—安装锚杆—锚杆孔注浆—编钢筋网—喷射混凝土—混凝土养护。

6  坡率法

6.1坡率法的定义

    在边坡设计中,如果通过控制边坡的高度和坡度而无须对边坡进行整体加固就能使边坡达到自身稳定的边坡设计方法,通常称之为坡率法,在工程条件许可下,应优先采用坡率法。

6.2不应采用坡率法的边坡

    放坡开挖对拟建或相邻建(构)筑物有不利影响的边坡;地下水发育的边坡;稳定性差的边坡。

7  结束语

  目前,边坡支护正在向着综合性方向发展,即受力结构与水结构相结合、临时支护结构与永久支护结构相结合、基坑开挖方式与支护结构型式相结合。这几种结合使边坡支护更加稳定。此外,通过对边坡支护结构的科学计算、合理设计,必然能使其达到安全可靠和经济合理双重目标。

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